非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种非水电解液及锂离子电池。所述非水电解液包括：非水有机溶剂；锂盐；以及添加剂。所述添加剂包括：氟代碳酸乙烯酯、四氟硼酸锂；以及式1结构的化合物；在式1中，R1～R4各自独立的选自H、卤素、碳原子数为1～10的饱和或者不饱和烷基碳链中的一种；所述烷基碳链可被O、卤素取代，所述卤素选自F、Cl、Br。本发明专利技术的非水电解液能够在保证锂离子电池高温存储性能的同时，显著改善锂离子电池的低温循环性能、倍率放电性能以及安全性能。

【技术实现步骤摘要】
非水电解液及锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种非水电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池的高能量密度、长循环寿命、宽工作温度范围及绿色环保已使得其成为目前移动电子设备的主要能源。随着锂离子电池的广泛应用，对其环境适应性提出了较高的要求，现在的电子产品有时候需要在极端条件下使用，如温度很高或者很低的环境，一般地相对于常规环境而言，锂离子电池在极端条件使用时性能会恶化的非常明显。非水电解液作为锂离子电池的重要组成部分，对电池的高温性能和低温性能有着重大的影响。然而一般情况下，从非水电解液的角度改善锂离子电池的高温性能和低温性能存在矛盾。一方面，通过加入成膜添加剂钝化正负极界面可改善高温性能，但由于同时增加了正负极界面阻抗，使得锂离子电池的低温性能严重恶化。另一方面，优化非水有机溶剂组成使非水电解液低温下的粘度降低，电导率提高，如通过添加大量低粘度溶剂，可以提高锂离子电池的低温性能，但是锂离子电池的高温性能通常会变差，不能最终解决锂离子电池在应用中的问题。有鉴于此，确有必要开发出一种在不影响高温性能的条件下，提高锂离子电池低温动力学性能的非水电解液和锂离子电池。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种非水电解液及锂离子电池，所述非水电解液能够在保证锂离子电池高温存储性能的同时，显著改善锂离子电池的低温循环性能、倍率放电性能以及安全性能。为了达到上述目的，在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种非水电解液，其包括：非水有机溶剂；锂盐；以及添加剂。所述添加剂包括：氟代碳酸乙烯酯、四氟硼酸锂；以及式1结构的化合物；在式1中，R1～R4各自独立的选自H、卤素、碳原子数为1～10的饱和或者不饱和烷基碳链中的一种；所述烷基碳链可被O、卤素取代，所述卤素选自F、Cl、Br。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括：非水电解液；正极片；负极片；以及隔离膜，隔离正极片和负极片。所述非水电解液为根据本专利技术一方面所述的非水电解液。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术的非水电解液能够在保证锂离子电池高温存储性能的同时，显著改善锂离子电池的低温循环性能、倍率放电性能以及安全性能。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的非水电解液及锂离子电池。首先说明根据本专利技术第一方面的非水电解液。根据本专利技术第一方面的非水电解液包括：非水有机溶剂；锂盐；以及添加剂。所述添加剂包括：氟代碳酸乙烯酯(FEC)、四氟硼酸锂(LiBF4)；以及式1结构的化合物；在式1中，R1～R4各自独立的选自H、卤素、碳原子数为1～10的饱和或者不饱和烷基碳链中的一种；所述烷基碳链可被O、卤素取代，所述卤素选自F、Cl、Br。向非水电解液中单独加入LiBF4时，能够改善电池的高温存储性能以及低温放电性能，其原因是LiBF4中硼元素的缺电子性使其容易与正极表面的氧原子发生作用，形成的B-O键能够稳定正极表面，降低对非水电解液的氧化活性，从而有效抑制电池在高温下的膨胀。同时，LiBF4与正极的作用有利于降低正极电化学反应阻抗，改善正极的动力学性能，提高电池的低温放电性能。然而，LiBF4会在负极发生还原分解，分解产物覆盖负极表面，造成负极嵌锂阻抗增大，不利于负极的动力学性能。尤其在低温环境下充电时，较高的嵌锂阻抗容易引起负极表面金属锂析出，从而恶化锂离子电池的低温充电性能以及低温循环性能。在含有LiBF4的非水电解液中引入式1结构的化合物和氟代碳酸乙烯酯时，可在负极表面形成离子电导率高的SEI膜，该SEI膜的形成机理解释如下，但并不限于此。式1结构的化合物具有高反应活性，在电池首次充电过程中，能够在LiBF4发生还原分解之前，首先发生电化学还原和开环聚合反应，其聚合产物形成网状结构，对氟代碳酸乙烯酯和LiBF4具有诱导作用，使二者均匀分散，并通过网孔在电极表面成膜，所成膜致密均匀，且能够减小循环过程中膜阻抗的增加，不仅有效地抑制LiBF4的还原分解，还减小LiBF4对负极嵌锂过程动力学的不利影响。式1结构的化合物还可以影响氟代碳酸乙烯酯在负极表面成膜，式1结构的化合物在成膜过程中其环上的S-O键会断开，以自由基的形式与氟代碳酸乙烯酯形成的聚合物反应，一方面可以增加聚合物的骨架结构使其稳固性增强，另一方面可以作为聚合反应的反应终止剂限制氟代碳酸乙烯酯的聚合反应的聚合度不会太大，使得SEI膜稳定且不会过厚，从而提高电池的循环性能。三者形成的复合SEI膜具有较低的界面阻抗，有利于增加SEI膜的离子电导率，改善锂离子嵌入/脱出动力学，从而改善电池的低温循环性能。此外，式1结构的化合物还可在正极界面发生开环反应，生成含有苯环的分解产物，有利于降低正极的界面阻抗，有效提高电池的倍率放电性能以及热稳定性。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述式1结构的化合物可选自邻苯二酚环状硫酸酯、2,3,4,5-四氟邻苯二酚环状硫酸酯、3-甲基邻苯二酚环状硫酸酯、4-甲基邻苯二酚环状硫酸酯中的一种或几种；在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述式1结构的化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.05％～3％。当式1结构的化合物在非水电解液中的质量百分含量低于0.05％时，不能在负极表面形成完整的SEI膜，从而不能有效抑制LiBF4的还原分解作用；而当式1结构的化合物在非水电解液中的质量百分含量大于3％时，会在负极表面形成较厚的SEI膜，导致锂离子迁移阻力增大，不利于电池的低温循环性能及倍率放电性能。优选地，所述式1结构的化合物在非水电解液中的质量百分含量可为0.1％～2％。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，LiBF4在非水电解液中的质量百分含量为0.01％～2％。LiBF4在非水电解液中的质量百分含量低于0.01％时，不能有效地抑制电池在高温存储过程中的厚度膨胀，也不能体现其对低温放电性能的改善；而当LiBF4在非水电解液中的质量百分含量高于2％时，LiBF4对负极的作用太强，会严重恶化负极的动力学性能，对低温循环性能造成非常不利的影响。优选地，LiBF4在非水电解液中的质量百分含量可为0.05％～0.5％。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分含量可为0.01％～10％，优选可为1％～5％。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述添加剂还包括：具有醚键的腈。所述具有醚键的腈可选自乙二醇双(丙腈)醚、1,2,3-三(2-氰氧基)丙烷中的一种或两种。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述具有醚键的腈在非水电解液中的质量百分含量可为0.1％～3％。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述添加剂还可包括：碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、己二腈(ADN)中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述非水有机溶剂可选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯中的至少两种。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述非水有机溶剂在非水电解液中的质量百分含量可为75％～95％，优选可为80％～90％。在根据本专利技术第一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解液，包括：非水有机溶剂；锂盐；以及添加剂；其特征在于，所述添加剂包括：氟代碳酸乙烯酯、四氟硼酸锂；以及式1结构的化合物；

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包括：非水有机溶剂；锂盐；以及添加剂；其特征在于，所述添加剂包括：氟代碳酸乙烯酯、四氟硼酸锂；以及式1结构的化合物；在式1中，R1～R4各自独立的选自H、卤素、碳原子数为1～10的饱和或者不饱和烷基碳链中的一种；所述烷基碳链可被O、卤素取代，所述卤素选自F、Cl、Br。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述式1结构的化合物选自邻苯二酚环状硫酸酯、2,3,4,5-四氟邻苯二酚环状硫酸酯、3-甲基邻苯二酚环状硫酸酯、4-甲基邻苯二酚环状硫酸酯中的一种或几种；3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述式1结构的化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.05％～3％，优选为0.1％～2％；四氟硼酸锂在非水电解液中的质量百分含量为0.01％～2％，优选为0.05％～0.5％；氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分含量为0.01％～10％，优选为1％～5％。4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述添加剂还包括：具有醚键的腈。5.根据权利要求4所述的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，付成华，周艳，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35